In der Halbleiterphysik ist ein Donor ein Dotierstoffatom (Verunreinigung), das, wenn es zu einem Halbleiter hinzugefügt wird, einen Halbleiter vom n-Typ bilden kann . Der Vorgang des Hinzufügens kontrollierter Verunreinigungen zu einem Halbleiter ist als Halbleiterdotierung bekannt . Dieser Prozess wandelt einen intrinsischen Halbleiter in einen extrinsischen Halbleiter um . Bei beiden Arten von Donor- oder Akzeptoratomen erhöht eine zunehmende Dotierstoffdichte die Leitfähigkeit.
Halbleiter vom n-Typ
Ein mit Elektronendonoratomen dotierter fremder Halbleiter wird als n-Halbleiter bezeichnet, weil die Mehrzahl der Ladungsträger im Kristall negative Elektronen sind. Da Silizium ein vierwertiges Element ist, enthält die normale Kristallstruktur 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Gruppe-V-Elemente (fünfwertig) haben fünf Valenzelektronen, wodurch sie als Donor fungieren können. Das heißt, der Zusatz dieser fünfwertigen Verunreinigungen wie Arsen, Antimon oder Phosphor trägt zu freien Elektronen bei und erhöht die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters erheblich. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.
Die Leitungselektronen werden vollständig von der Anzahl der Donorelektronen dominiert . Deshalb:
Die Gesamtzahl der Leitungselektronen ist in etwa gleich der Zahl der Spenderstellen, n≈N D .
Die Ladungsneutralität des Halbleitermaterials bleibt erhalten, da angeregte Donorstellen die Leitungselektronen ausgleichen. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Leitungselektronen erhöht wird, während die Anzahl der Löcher verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronen sind Majoritätsträger, während Löcher Minoritätsträger in n-Typ-Material sind.
Geberniveau
Unter dem Gesichtspunkt der Energielücke „erzeugen“ solche Verunreinigungen Energieniveaus in der Bandlücke nahe dem Leitungsband, so dass Elektronen von diesen Niveaus leicht in das Leitungsband angeregt werden können . Die Elektronen sollen die “ Majoritätsträger “ für den Stromfluss in einem n-Halbleiter sein. Dies verschiebt das effektive Fermi-Niveaubis zu einem Punkt etwa auf halbem Weg zwischen den Donorwerten und dem Leitungsband. Ferminiveau ist der Begriff, der verwendet wird, um die Spitze der Sammlung von Elektronenenergieniveaus bei absoluter Nulltemperatur zu beschreiben. Das Fermi-Niveau ist die Oberfläche des Fermi-Meeres bei absolutem Nullpunkt, an der keine Elektronen genug Energie haben, um sich über die Oberfläche zu erheben. Bei reinen Halbleitern liegt die Position des Fermi-Pegels innerhalb der Bandlücke, ungefähr in der Mitte der Bandlücke.